zavrŠni radrepozitorij.fsb.hr/5064/1/krizmanić_2016_zavrsni_preddiplomski.pdf · izjavljujem da...

Sveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje

ZAVRŠNI RAD Luka Krizmanić Zagreb, 2016.

Sveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje

ZAVRŠNI RAD Mentor: Student: Prof. dr. sc. Davor Zvizdić, dipl. ing. Luka Krizmanić Zagreb, 2016.

Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći znanja stečena tijekom studija i

navedenu literaturu.

Zahvaljujem se svome mentoru, Prof. dr. sc. Davoru Zvizdiću na stručnim savjetima, i

pomoći.

Posebno bih se zahvalio Dr. sc. Danijelu Šestanu na velikoj pomoći i konzultacijama tijekom

ispitivanja i mjerenja u laboratoriju kao i pri izradi završnog rada.

Luka Krizmanić

Luka Krizmanić Završni rad

I

SADRŽAJ

SADRŽAJ .............................................................................................................................. I

POPIS SLIKA ...................................................................................................................... III

POPIS TABLICA ................................................................................................................ IV

POPIS OZNAKA: ................................................................................................................. V

SAŽETAK .......................................................................................................................... VI

SUMMARY ....................................................................................................................... VII

1. Uvod ...............................................................................................................................1

2. Općenito o ispitivanju termostatiranih kupki ....................................................................2

3. Zona umjeravanja ............................................................................................................4

3.1. Izotermalni blok ...........................................................................................................4

3.2. Kupka bez izotermalnog bloka .....................................................................................5

4. Korištena oprema ............................................................................................................6

4.1. Termostatirana kupka Kambič OB-50/LT-2 .................................................................7

4.2. Termostatirana kupka Isotech 915LW ..........................................................................9

4.3. Termometri za umjeravanje ........................................................................................ 11

4.4. Oprema za mjerenje otpora termometara .................................................................... 12

5. Postupak ispitivanja ....................................................................................................... 14

5.1. Uvjeti okoliša i priprema mjerenja .............................................................................. 14

5.2. Određivanje stalnosti temperature u kupki .................................................................. 15

5.3. Homogenost temperature u radijalnom smjeru ............................................................ 16

5.4. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru ........................................................... 19

5.5. Ukupna homogenost temperature u zoni umjeravanja ................................................. 19

6. Rezultati ........................................................................................................................ 20

6.1. Alkoholna kupka Kambič ........................................................................................... 20

6.1.1. Homogenost temperature u radijalnom smjeru ..................................................... 20

6.1.2. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru ..................................................... 21

6.1.3. Stalnost temperature ............................................................................................ 21

6.1.4. Ukupna mjerna nesigurnost kupke ....................................................................... 24

6.2. Vodena kupka Kambič ............................................................................................... 25



II




6.3. Alkoholna kupka Isotech 915LW .............................................................................. 29





7. Zaključak ...................................................................................................................... 32

LITERATURA ..................................................................................................................... 33

PRILOZI .............................................................................................................................. 34


III

POPIS SLIKA

Slika 1: Prikaz temperaturnih gradijenata ................................................................................3

Slika 2: Izotermalni blok za termostatirane kupke ...................................................................4

Slika 3: Odabir mjesta umjeravanja .......................................................................................5

Slika 4: Primjer specifikacije mjernih mjesta ..........................................................................5

Slika 5: Mjerna linija ..............................................................................................................6

Slika 6: Kupka Kambič OB-50/LT-2 ......................................................................................7

Slika 7: Termostatirana kupka Isotech 915LW ........................................................................9

Slika 8: Presjek kupke Isotech sa objašnjenjem dijelova ....................................................... 10

Slika 9: Termometar korišten za umjeravanje ....................................................................... 11

Slika 10: Otpornički most sa spojenim svim navedenim komponentama ............................... 13

Slika 11: Skica Kambič kupke s definiranim provrtima ......................................................... 16

Slika 12: Skica izotermalnog bloka ....................................................................................... 17

Slika 13: Stalnost temperature za -30°C – kupka Kambič/etanol ........................................... 21

Slika 14: : Stalnost temperature za -20°C - kupka Kambič/etanol .......................................... 22

Slika 15: Stalnost temperature za 0°C - kupka Kambič/etanol ............................................... 22

Slika 16: Stalnost temperature za 10°C - kupka Kambič/etanol ............................................. 23

Slika 17: Stalnost temperature za 20°C – kupka Kambič/voda .............................................. 26

Slika 18: Stalnost temperature za 50°C - kupka Kambič/voda ............................................... 26

Slika 19: Stalnost temperature za 80°C - kupka Kambič/voda ............................................... 27

Slika 20: Stalnost temperature za -60°C - kupka Isotech ....................................................... 30

Slika 21: Stalnost temperature za -40°C - kupka Isotech ....................................................... 30


IV

POPIS TABLICA

Tablica 1: Primjer tablice s podacima o zoni umjeravanja .......................................................5

Tablica 2: Specifikacije kupke Kambič OB-50/LT-2 ..............................................................8

Tablica 3: Specifikacije kupke Isotech 915LW ..................................................................... 10

Tablica 4: Specifikacije otporničkog termometra .................................................................. 11

Tablica 5: Specifikacije komponente EOMOS03/01 – multipleksor ...................................... 12

Tablica 6: Specifikacije komponente EOMOS03/02 – upravlljačka jedinica multipleksora ... 12

Tablica 7: Specifikacije komponente EOMOS03/03 – otpornički most ................................. 13

Tablica 8: Radijalni gradijenti – kupka Kambič/etanol .......................................................... 20

Tablica 9: Aksijalni gradijenti – kupka Kambič/etanol .......................................................... 21

Tablica 10: Stalnost temperature za kupku Kambič/etanol .................................................... 23

Tablica 11: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Kambič/etanol ......................................... 24

Tablica 12: Radijalni gradijenti –kupka Kambič/voda ........................................................... 25

Tablica 13: Aksijalni gradijenti – kupka Kambič/voda .......................................................... 25

Tablica 14: Stalnost temperature za kupku Kambič/voda ...................................................... 27

Tablica 15: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Kambič/voda ........................................... 28

Tablica 16: Radijalni gradijenti – kupka Isotech ................................................................... 29

Tablica 17: Aksijalni gradijenti – kupka Isotech ................................................................... 29

Tablica 18: Stalnost temperature za kupku Isotech ................................................................ 31

Tablica 19: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Isotech ..................................................... 31


V

POPIS OZNAKA:

Oznaka Jedinica Opis

u mK Mjerna nesigurnost

θ ºC Temperatura

T K Temperatura

avg

max

min

R

K

K

K

Ω

Prosječna temperatura

Maksimalna temperatura

Minimalna temperatura

Otpor

0 - Jedinični vektor


VI

SAŽETAK

U sklopu ovog rada provedena su ispitivanja aksijalnih i radijalnih gradijenata te

temperaturna stabilnost u radnom prostoru termostatiranih kupki:

1. Kambič OB-50/LT-2 – s etanolom (u temperaturnom području -30°C do 10°C)

Kambič OB-50/LT-2 – s vodom (u temperaturnom području 20°C do 80°C)

2. Isotech 915LW – s etanolom (u temperaturnom području -60°C do 20°C)

Ispitivanje kupki izvršeno je korištenjem dvaju odnosno triju termometara prema internoj

metodi Laboratorija. U sklopu završnog rada biti će detaljnije opisani pojedini postupci

ispitivanja te navedena mjerna oprema korištena pri samim ispitivanjima. Na osnovi rezultata

mjerenja provedenih u laboratoriju, proračunati su doprinosi pojedinih kupki ukupnoj mjernoj

nesigurnosti prilikom korištenja za umjeravanje termometara. U radu je također dan tablični i

grafički prikaz rezultata provedenih ispitivanja. Na kraju rada su izneseni relevantni zaključci

o rezultatima dobivenim ispitivanjem termostatiranih kupki.

Ključne riječi: termostatirana kupka, mjerna nesigurnost, temperaturni gradijenti


VII

SUMMARY

This works is about examination of axial and radial gradients and temperature stability of

thermostatic baths:

1. Kambič OB-50/LT-2 – ethanol (temperature range -30°C to 10°C)

Kambič OB-50/LT-2 – water (temperature range 20°C to 80°C)

2. Isotech 915LW - ethanol (temperature range -60°C to 20°C)

Baths examination was carried using two or three thermometers according to internal

Laboratory method. As part of this work measuring procedures and used equipment will be

precisely described.

Based on examination results, contributions of individual baths are calculated to total

measurement uncertainty when calibrating thermometers.

Charts and diagrams based on the examination show inaccuracy in due to radial, axial

gradients and temperature stability. In addition, relevant conclusions and outlook about the

results of examination are presented.

Keywords: thermostatic bath, measures uncertainty, temperature gradients


1

1. Uvod

Tema završnog rada je ispitivanje karakteristika termostatiranih kupki koje se koriste kao

zone kontrolirane temperature za umjeravanje termometara. Kupke koje će se u ovom

završnom radu ispitati su:

1. Kambič OB-50/LT-2 – s etanolom (u temperaturnom području -30°C do 10°C)

Kambič OB-50/LT-2 – s vodom (u temperaturnom području 20°C do 80°C)

2. Isotech 915LW – s etanolom (u temperaturnom području -60°C do 20°C)

Umjeravanje termometara sadrži mnoge mjerne nesigurnosti, stoga one moraju biti

pravilno utvrđene, te smanjene koliko je to moguće. To se može postići jedino ako imamo

točan uvid u svojstva korištene kupke i njeno ponašanje pri zadanim uvjetima.

Dvije najvažnije mjeriteljske značajke ispitivanja su stalnost (stabilnost) i homogenost

temperature.

Proizvođači kupki daju podatke koji često nisu potpuni niti dovoljno precizni za potrebe

kvalitetnog umjeravanja termometara. Iz ovog razloga umjerni laboratoriji provode vlastita

ispitivanja, kako bi osigurali kvalitetu svojih usluga.

Kada bi postojao opće prihvaćen postupak ispitivanja, korisnici bi tražene podatke o stalnosti

i homogenosti kupke mogli pronaći u katalozima. Neovisno o tome jesu li ovi podaci dostupni

ili ne, tijekom eksploatacije može doći do kvara ili promjene karakteristika opreme (kupke) pa

je i to razlog zbog kojeg je potrebno provoditi periodička ispitivanja.

U ovom završnom radu korištena je metoda razvijena na Fakultetu strojarstva i brodogradnje

u Zagrebu u Laboratoriju za procesna mjerenja od strane prof. dr. sc. Davora Zvizdića i

suradnika.


2

2. Općenito o ispitivanju termostatiranih kupki

Svrha ispitivanja termostatiranih kupki je utvrđivanje njihovih svojstava. Podaci o svojstvima

kupke iz kataloga i tehničkih specifikacija proizvođača često nisu dovoljno precizni i

pouzdani pa mjeriteljski laboratoriji provode vlastita ispitivanja. Problem leži u tome što još

ne postoji standardizirani i opće prihvaćeni postupak ispitivanja, već mjeritelji sami na

temelju potreba odabiru najpogodniju metodu.

Najvažnija svojstva kupke su temperaturna homogenost i vremenska stabilnost. Uz ova

svojstva moguće je odrediti dinamiku zagrijanja i hlađenja no ta područja nisu obrađena u

ovom završnom radu.

Ovisno o konstrukciji pojedine kupke, prvenstveno veličini, izolaciji i načinu cirkulacije

medija vidljiva je međusobna razlika u homogenosti temperature. Važno je napomenuti da se

neovisno o svemu navedenome prostorne razlike temperatura unutar medija uvijek pojavljuju

(temperaturni gradijenti).

Temperaturni gradijenti koji se proučavaju u termostatiranim kupkama, u metodama koje će

se u ovom radu primijeniti su vertikalni i horizontalni gradijenti. Međutim,

u slučajevima kada su termostatirane kupke cilindričnog oblika ili se ispitivanje

vrši uz upotrebu cilindričnog izotermalnog bloka, mnogo je primjerenije govoriti o

aksijalnim i radijalnim gradijentima.


3

Slika 1: Prikaz temperaturnih gradijenata

Temperaturni gradijent predstavlja povećanje temperature u smjeru normale na izotermnu

plohu. Stoga temperaturni gradijent nije ništa drugo nego vektor okomit na izotermnu

plohu, s pozitivnim predznakom u smjeru povećanja temperature. Numerički izraženo,

temperaturni gradijent je jednak derivaciji temperature θ po normali n:

Gradijent temperature unutar termostatirane kupke ili peći očituje se u promjeni temperature

termometra zbog promjene njegovog položaja unutar same zone umjeravanja.


4

3. Zona umjeravanja

Zona umjeravanja je imaginarno prostorno područje unutar radnog prostornog

područja kupke u kojem su smješteni etalonski termometri i termometri koje želimo

umjeriti. Prilikom umjeravanja termometara kupka se može koristiti u kombinaciji s

izotermalnim blokom ili bez izotermalnog bloka. U sklopu ovog završnog rada biti će

obrađena oba slučaja.

3.1. Izotermalni blok

Slika 2: Izotermalni blok za termostatirane kupke

Izotermalni blok je cilindrični blok izrađen od bakra, u kojem su izbušena četiri provrta

(slika 2). Provrti su namijenjeni za postavljanje termometara. Razlike temperatura između

provrta određuju se pomoću etalonskih termometara, koji se za vrijeme ispitivanja

premještaju iz jednog provrta u drugi, na način da se pokrate odstupanja jednog termometra u

odnosu na drugi.

Mjesta testiranja unutar zone umjeravanja se odabiru prema obliku same zone i na temelju

iskustva obzirom da ne postoje unaprijed definirana mjesta za smještaj termometra.

Mogući razmještaj mjernih mjesta prikazan je na slici 3.


5

Slika 3: Odabir mjesta umjeravanja

3.2. Kupka bez izotermalnog bloka U slučaju kada se umjeravanje termometra vrši bez korištenja izotermalnog bloka, geometrija

zone umjeravanja mora biti određena, uključujući podatke o zoni i mjernim pozicijama.

Primjer zone umjeravanja prikazan je isprekidanom linijom na Slici 4, a njene dimenzije

su date u Tablici 1:

Slika 4: Primjer specifikacije mjernih mjesta

Tablica 1: Primjer tablice s podacima o zoni umjeravanja


6

4. Korištena oprema

Oprema korištena u postupku ispitivanja sastavni je dio Laboratorija za Procesna mjerenja na

Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu.

Opći prikaz mjerne linije prikazan je na slici 5.

Slika 5: Mjerna linija


7

4.1. Termostatirana kupka Kambič OB-50/LT-2 Na kupki Kambič provedena su dva ispitivanja s dva različita radna medija. U prvom

ispitivanju provedeno je mjerenje radnih karakteristika kupke s etanolom kao radnim medijem

u temperaturnom režimu od -30°C do +10°C dok je drugo ispitivanje obavljeno s vodom kao

radnim medijem i to u temperaturnom režimu od +20°C do +80°C. Kupka je sastavni dio

Laboratorija za mjerenje Fakulteta strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Prikaz i tehničke

specifikacije kupke prikazane su slikom 6. i Tablicom 2.

Slika 6: Kupka Kambič OB-50/LT-2


8

Tehničke specifikacije

Dimenzije [mm]

Širina 745

Visina 1450

Dubina 495

Radno područje [mm]

Promjer φ320

Dubina 400

Temperaturni opseg [°C] -40 ...+ 130

Stabilnost [°C] +/- 0,003

Brzina zagrijavanja ~ 0,3 °C/min

Brzina hlađenja ~ 0,2 °C/min

Snaga [W] 4200

Težina [kg] 200

Volumen fluida [l] 50 Tablica 2: Specifikacije kupke Kambič OB-50/LT-2


9

4.2. Termostatirana kupka Isotech 915LW

U kupki Isotech provedeno je ispitivanje s etanolom kao radnim medijem te je korišten

izotermalni blok kao zona umjeravanja. Kupka je sastavni dio Laboratorija za mjerenje

Fakulteta strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Prikaz i tehničke specifikacije kupke

prikazane su slikom 7. i 8. te Tablicom 3.

Slika 7: Termostatirana kupka Isotech 915LW


10

A Elektromotor snage 40 W

B Vratilo

C Alkohol

D Električni grijač snage 1,5 kW

E Isparivač vanjskog hladila

F Miješalo

G Kamena vuna Slika 8: Presjek kupke Isotech sa objašnjenjem dijelova

Tehničke specifikacije

Dimenzije [mm]

Širina 580 Visina 1020 Dubina 640

Radno područje [mm] Promjer φ98 Dubina 400

Temperaturni opseg [°C] -65 ...+ 40 Stabilnost [°C] +/- 0,0006 Snaga [W] 1000 Težina [kg] 90 Volumen fluida [l] 7

Tablica 3: Specifikacije kupke Isotech 915LW


11

4.3. Termometri za umjeravanje U ispitivanju smo koristili otporničke termometre proizvođača Fluke. Oblikom su predviđeni

za umetanje u radni fluid ili u provrt u krutom tijelu. U slučaju mjerenja u provrtu zračnost ne

smije iznositi više od 1 mm. Povezuju se sa termometrijskim otporničkim mostom pomoću

dvije žice. Za umjeravanje kupke korištena su tri temometra tipa Fluke 5628 internih oznaka u

Laboratoriju:

1. Tepot 21

2. Tepot 20

3. Tepot 16

Slika 9: Termometar korišten za umjeravanje

Proizvođač Fluke Model 5628 Nominalni otpor osjetnika 25,5 Ω Temperaturno područje -200 °C do 661 °C Točnost 6 mK do 1 5mK (u području -200 °C do 420 °C) Dimenzije Ø6.5 mm x 510 mm, spojni vodovi 2 m

Tablica 4: Specifikacije otporničkog termometra


12

4.4. Oprema za mjerenje otpora termometara Oprema za mjerenje otpora termometara, korištena u ispitivanju, sastavljena je od slijedećih

komponenti:

1. ASL 158 (EOMOS03/01 - multipleksor),

2. ASL 148 (EOMOS03/02 – komunikacijska i upravljačka jedinica multipleksora),

3. ASL F700 (EOMOS03/03 – termometrijski otpornički most)

Most u kombinaciji s multipleksorom i etalonskim fiksnim otporom služi za mjerenje otpora

termometara. Most je povezan s računalom pomoću GPIB komunikacijskog sučelja. Na

računalu je instaliran LabView program koji kontrolira rad multipleksora te očitava otpor s

mosta i preračunava ga u pripadajuću temperaturu. Karakteristike komponenti i izgled

kompletnog mosta prikazane su tablicama i slikom.

Tehničke specifikacije Proizvođač ASL Model SB 158 Napajanje 220/240 Vac Frekvencija 47 - 63 Vac Max Va 60 Va

Dimenzije [mm]

Širina 442 Visina 88 Dužina 295

Težina [kg] 7 Tablica 5: Specifikacije komponente EOMOS03/01 – multipleksor

Tehničke specifikacije Proizvođač ASL Model SB 148 Napajanje 220/240 Vac Frekvencija 47 - 63 Vac Max Va 60 Va

Dimenzije [mm]


Težina [kg] 7 Tablica 6: Specifikacije komponente EOMOS03/02 – upravlljačka jedinica multipleksora


13

Tehničke specifikacije Proizvođač ASL Model F 700 Napajanje 220/240 Vac Frekvencija 47 - 63 Vac Max Va 60 Va

Dimenzije [mm]


Težina [kg] 7 Radni uvjeti 0°C - 30°C, 10% - 90% RH Vrijeme mjerenja 10 sekundi za potpuni balans Linearnost < +/- 1 zadnja decimala

Točnost 0,25 mK puni raspon/ 6 mK do 1064°C ovisno o

otporu Tablica 7: Specifikacije komponente EOMOS03/03 – otpornički most

Multipleksor ASL SB 148 (EOMOS03/02) i ASL 158 (EOMOS03/01) omogućava proširenje

mjernih mjesta na ukupno 10 kanala. Na svaki kanal može se spojiti po jedan termometar.

ASL F700 (EOMOS03/03) omogućava izvođenje vrlo preciznih mjerenja. Jedan je od

najzastupljenijih otporničkih termometrijskih mostova u laboratorijima za umjeravanje na

svijetu.

Slika 10: Otpornički most sa spojenim svim navedenim komponentama


14

5. Postupak ispitivanja

Općenito, postupak ispitivanja je slijedeći:

1. Od sobne temperature do prve točke testiranja: promatra se pad temperature

(uz mogućnost bilježenja promjena) sve do ustaljenja temperature.

2. U točki testiranja (kod postignute i ustaljene željene temperature): određuju se

homogenost (prostorni gradijenti temperature) i stalnost.

3. Prelazak na slijedeću temperaturu ispitivanja uz bilježenje promjena temperature

sve do ponovnog postizanja stalne temperature itd.

Detaljan opis umjeravanja kupki nalazi se u nastavku rada te će za svaku kupku zasebno biti

prikazani grafički i tablični rezultati mjerenja.

Prije početka samog postupka ispitivanja potrebno je zadovoljiti zadane uvjete okoliša u

laboratoriju i provesti pripremu mjerenja.

5.1. Uvjeti okoliša i priprema mjerenja

Da bi postupak bio ispravan u laboratoriju moraju tijekom čitavog mjerenja biti zadovoljeni

slijedeći uvjeti okoliša:

a) Temperatura zraka mora biti između +15°C i +35°C, s varijacijama manjim od ±3°C

tijekom čitavog mjerenja.

b) Relativna vlažnost tijekom mjerenja mora biti između 25% RH i 75% RH.

U svrhu pripreme za provedbu mjerenja, mjeritelj mora u okoliš termostatirane kupke

postaviti uređaje za praćenje uvjeta okoliša i pričekati otprilike desetak minuta kako bi se

uređaji stabilizirali. Ispitivanje se mora zaustaviti ako mjeritelj tijekom pregledavanja kupke

ustanovi da je nemoguće izvesti mjerenje. U slučaju ako se dogodi nešto zbog čega ispitivanje

postaje opasno, također je potrebno zaustaviti mjerenje. Osim navedenih mjera opreza,

potrebno je odrediti temperaturne točke ispitivanja prema dogovoru s naručiteljem, skicirati

raspored prostornih točaka unutar kupke u kojima se izvršava mjerenje te pripremiti

termometre i ostalu opremu za rad.


15

5.2. Određivanje stalnosti temperature u kupki

Jedan od termometara postavlja se u proizvoljni provrt te se čeka dok se temperatura

termometra ustali (dovede u stacionarno stanje), nakon čega se temperatura očitava u kratkim

vremenskim intervalima u periodu od 30 minuta. Ovim postupkom se određuje 30 minutna

stalnost temperature.

Doprinos mjernoj nesigurnosti umjeravanja termometara zbog stabilnosti temperature u

radnom volumenu kupke određuje se pomoću slijedećeg izraza:

gdje je : Tavg – srednja temperatura unutar 30 minuta

Tmax,min – najveća ili najmanja temperatura očitana unutar 30 minuta


16

5.3. Homogenost temperature u radijalnom smjeru

Kod ispitivanja radijalnih gradijenata bitno je odrediti hoće li se pri umjeravanju kupke

koristiti izotermalni blok ili ne. U ovom radu radijalni gradijenti biti će određeni na oba

načina, sa izotermalnim blokom i bez njega.

Kupka Kambič biti će ispitana bez izotermalnog bloka, stoga prije mjerenja moramo definirati

zonu umjeravanja, odnosno moramo odrediti na kojim pozicijama će se nalaziti termometri.

Skica Kambič kupke s definiranim provrtima prikazana je slikom 11.

Slika 11: Skica Kambič kupke s definiranim provrtima


17

Termostatirana kupka Isotech 915LW bit će ispitana korištenjem izotermalnog bloka. Na taj

način provrti u koje će se postavljati termometri unaprijed su definirani. Slika 12. prikazuje

tlocrt izotermalnog bloka s definiranim redoslijedom provrta koji se koristio kod umjeravanja

kupke.

Slika 12: Skica izotermalnog bloka

U početku ispitivanja postavljaju se termometri u dva zadana provrta. Nakon što se očitanja

oba termometra ustale, provodi se 10 minutno bilježenje vrijednosti temperatura. Nakon toga

se termometri zamijene u istim provrtima te se ponavlja mjerenje u trajanju od 10 minuta.

Zamjenom termometara poništava se pogreška uzrokovana odstupanjem jednog termometra u

odnosu na drugi. Odstupanje termometara nastaje kao posljedica mjerne nesigurnosti njihovog

umjeravanja te vremenske promjene njihovih karakteristika. Nakon zamjene termometara

moguće je precizno utvrditi temperaturne gradijente u ispitivanim provrtima. Ovaj se

postupak ponavlja za sve ostale provrte na bloku.


18

Temperaturni gradijent između dvaju provrta računa se upotrebom slijedećeg izraza:

odnosno u općem slučaju:

Nakon što se na prikazani način odrede temperaturni gradijenti između svih provrta, odabire

se najveći temperaturni gradijent za računanje mjerne nesigurnosti u radijalnom smjeru:

gdje je: αRG – najveća temperatuna razlika između provrta za traženu temperaturu


19

5.4. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru

Postupak ispitivanja homogenosti temperature u aksijalnom smjeru vrlo se malo razlikuje

između dviju ispitivanih kupki. Razlika je u tome što je kod ispitivanja Kambič kupke prvo

mjerenje započeto s udaljenosti 20 mm od dna kupke, dok je kod ispitivanja u bloku, odnosno

kod Isotech kupke prvo mjerenje očitano direktno s dna (udaljenost od dna je 0 mm).

Ispitivanje homogenosti temperature u aksijalnom smjeru provodi se s tri termometra

uronjena na dno kupke, postavljena u proizvoljno izabrane provrte. Jedan od termometara

ostaje tijekom cijelog mjerenja u početnom položaju te ga nazivamo referentnim dok se druga

dva termometra podižu vertikalno prema gore u unaprijed određenim koracima. Na svakom

koraku (točki) mjerenja bilježe se temperature u periodu od 10 minuta.

Zabilježenim vrijednostima temperatura provrta dodaju se ili oduzimaju razlike očitanja

termometara. Maksimalna vrijednost je najveća razlika između točaka mjerenja uz prethodno

uračunata međusobna odstupanja termometara.

Mjerna nesigurnost u aksijalnom smjeru za traženu temperaturu je :

gdje je: αRG – najveća temperatuna razlika između vertilanih koraka za traženu temperaturu

5.5. Ukupna homogenost temperature u zoni umjeravanja

U svakoj pojedinoj temperaturnoj točki ispitivanja potrebno je odrediti radijalnu i aksijalnu

homogenost temperature, kako bi se utvrdio njen doprinos ukupnoj mjernoj nesigurnosti

umjeravanja termometara.

Ukupna homogenost temperature u zoni umjeravanja računa se kao korijen zbroja kvadrata

radijalne i aksijalne homogenosti temperature:


20

6. Rezultati

Rezultati mjerenja homogenosti temperature u radijalnom i aksijalnom smjeru te stalnosti

temperature prikazani su za svaku kupku zasebno u tabličnom obliku i grafički pomoću

dijagrama.

6.1. Kupka Kambič s etanolom

Kupka Kambič s etanolom kao radnim medijem ispitana je u temperaturnom području od

-30°C do +10°. Zbog boljeg uvida u ponašanje zone i veće točnosti postupka ispitivanja

određene su četiri temperature na kojima će se ispitivati karakteristike kupke, a to su a) -30°C

, b) -20°C , c) 0°C , d) 10°C.

6.1.1. Homogenost temperature u radijalnom smjeru

Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama -30 °C, -20 °C , 0 °C i

10°C utvrđena je maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u

radijalnom smjeru od 12 mK i to u najekstremnijim uvjetima, na temperaturi -30 °C.

Homogenost temperature u radijalnom smjeru

Ispitna temperatura °C a [mK] Mjerna nesigurnost

u [mK]

-30 20 12 -20 19 11 0 14 8

10 4 2 Maksimalna vrijednost 20 12

Tablica 8: Radijalni gradijenti – kupka Kambič/etanol


21

6.1.2. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama -30 °C, -20 °C, 0 °C i

10°C utvrđena je maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u

aksijalnom smjeru od 8 mK i to u ekstremnim uvjetima na -30 °C i -20 °C.

Homogenost temperature u aksijalnom smjeru


u [mK]

-30 14 8

-20 14 8

0 2 1

10 1 1

Maksimalna vrijednost 14 8 Tablica 9: Aksijalni gradijenti – kupka Kambič/etanol

6.1.3. Stalnost temperature Rezultati ispitivanja stalnosti temperature pokazuju da je pri nižim temperaturama manja i

mjerna nesigurnost.

Slika 13: Stalnost temperature za -30°C – kupka Kambič/etanol

-29,878

-29,8778

-29,8776

-29,8774

-29,8772

-29,877

-29,876812:05:21 12:15:22 12:25:22 12:35:22

Stalnost ( -30°C , 30 min)

Temperatura


22

Slika 14: : Stalnost temperature za -20°C - kupka Kambič/etanol

Slika 15: Stalnost temperature za 0°C - kupka Kambič/etanol

-19,9334

-19,9332

-19,933

-19,9328

-19,9326

-19,9324

-19,9322

-19,932

-19,931814:10:53 14:21:01 14:31:01


Temperatura

-0,02040

-0,02020

-0,02000

-0,01980

-0,01960

-0,01940

-0,01920

-0,01900

-0,0188012:50:06 13:00:06 13:10:06 13:20:06

Stalnost ( 0°C , 30 min)

Temperatura


23

Slika 16: Stalnost temperature za 10°C - kupka Kambič/etanol

Stalnost temperature - 30 minuta

Provrt H5 Termometar TEPOT 16

Rezultati

Ispitna temperatura [°C]

Okolišna temperatura [°C]

Raspon a u

[mK] [mK] [mK]

-30 25 1 0 0

-20 25 1 0 0

0 25 1 0 0

10 25 5 2 1 Tablica 10: Stalnost temperature za kupku Kambič/etanol

9,9379,9389,939

9,949,941

9,9429,9439,944

9,9459,946

14:20:20 14:30:20 14:40:20 14:50:21


Temperatura


24

6.1.4. Ukupna mjerna nesigurnost kupke

Analizom rezultata vidljivo je kako ukupnoj mjernoj nesigurnosti kupke najviše doprinose

aksijalni i radijalni gradijenti. Nesigurnost zbog stalnosti temperature je zanemariva u odnosu

na mjernu nesigurnosti zbog temperaturnih gradijenata unutar kupke.

Ukupna nesigurnost kupke

Temperatura [°C] -30 -20 0 10 Nesigurnost zbog radijalnih gradijenata

u (k=1), [mK] 12 11 8 2 Nesigurnost zbog aksijalnih gradijenata

u (k=1), [mK] 8 8 1 1 Nesigurnost zbog stalnosti temperature

u (k=1), [mK] 0 0 0 1 Ukupan doprinos nesigurnosti

u (k=1), [mK] 14 14 8 2 Tablica 11: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Kambič/etanol


25

6.2. Kupka Kambič s vodom Kupka Kambič s vodom kao radnim medijem ispitana je u temperaturnom području od 20°C

do 80°C. Zbog boljeg uvida u ponašanje zone i veće točnosti postupka ispitivanja određene su

tri temperature na kojima će se ispitivati karakteristike kupke, a to su a) 20°C , b) 50°C ,

c) 80°C.


Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama 20 °C , 50 °C i 80°C

utvrđena je maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u radijalnom

smjeru od 12 mK i to u najekstremnijim uvjetima, na temperaturi 80 °C.



u [mK]

20 6 3

50 6 3

80 20 12

Maksimalna vrijednost 20 12 Tablica 12: Radijalni gradijenti –kupka Kambič/voda

6.2.2. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama 20 °C , 50 °C i 80°C

utvrđena je maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u aksijalnom

smjeru od 1 mK.



u [mK]

20 0 0

50 0 0

80 1 1

Maksimalna vrijednost 1 1 Tablica 13: Aksijalni gradijenti – kupka Kambič/voda


26

6.2.3. Stalnost temperature Rezultati ispitivanja stalnosti temperature pokazuju da je mjerna nesigurnost primjetna samo

kod temperature 20°C.

Slika 17: Stalnost temperature za 20°C – kupka Kambič/voda

Slika 18: Stalnost temperature za 50°C - kupka Kambič/voda

19,9055

19,906

19,9065

19,907

19,9075

19,908

19,9085

19,909

10:50:59 11:00:59 11:10:59 11:20:59


Temperatura

49,818849,8189

49,81949,819149,819249,819349,819449,819549,819649,819749,8198

16:40:00 16:50:00 17:00:00 17:10:00


Temperatura


27

Slika 19: Stalnost temperature za 80°C - kupka Kambič/voda


Provrt H5 Termometar TEPOT 16

Rezultati



Raspon a u

[mK] [mK] [mK]

20 25 2 1 1

50 25 1 0 0

80 25 1 0 0 Tablica 14: Stalnost temperature za kupku Kambič/voda

79,757479,757679,7578

79,75879,758279,758479,758679,7588

79,759

14:22:24 14:32:24 14:42:24 14:52:24


Temperatura


28


Analizom rezultata vidljivo je kako ukupnoj mjernoj nesigurnosti kupke najviše doprinose

radijalni gradijenti. Nesigurnost zbog aksijalnih gradijenata i stalnosti temperature je

zanemariva u odnosu na mjernu nesigurnost zbog radijalnih unutar kupke.


Temperatura [°C] 20 50 80 Nesigurnost zbog radijalnih gradijenata

u (k=1), [mK] 3 3 12 Nesigurnost zbog aksijalnih gradijenata

u (k=1), [mK] 0 0 1 Nesigurnost zbog stalnosti temperature

u (k=1), [mK] 1 0 0 Ukupan doprinos nesigurnosti

u (k=1), [mK] 3 3 12 Tablica 15: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Kambič/voda


29

6.3. Kupka Isotech 915LW s etanolom Kupka Isotech s etanolom kao radnim medijem predviđena je za ispitivanje u temperaturnom

području od -60°C do 20°C no kako je kupka bila potrebna Laboratoriju za procesna

mjerenja, ispitane su samo temperature -60°C i -40°C, odnosno temperaturno području u

kojem se očekuju najveće oscilacije temperature.


Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama -60 °C i -40°C utvrđena je

maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u radijalnom smjeru od 3

mK.



u [mK]

-60 1 1

-40 5 3

Maksimalna vrijednost 5 3 Tablica 16: Radijalni gradijenti – kupka Isotech

6.3.2. Homogenost temperature u aksijalnom smjeru

Analizom rezultata mjerenja provedenih u temperaturnim točkama 20 °C , 50 °C i 80°C utvrđena je maksimalna mjerna nesigurnost zbog nehomogenosti temperature u aksijalnom smjeru od 1 mK



u [mK]

-60 3 2

-40 2 1

Maksimalna vrijednost 3 2 Tablica 17: Aksijalni gradijenti – kupka Isotech


30

6.3.3. Stalnost temperature Rezultati ispitivanja stalnosti temperature prikazani su dijagramima na idućim slikama te su

tablično prikazane vrijednosti mjernih nesigurnosti na temperaturama -60°C i -40°C.

Slika 20: Stalnost temperature za -60°C - kupka Isotech

Slika 21: Stalnost temperature za -40°C - kupka Isotech

-59,742

-59,74

-59,738

-59,736

-59,734

-59,732

-59,73

-59,72815:30:02 15:40:02 15:50:02 16:00:02


Temperatura

-39,841-39,84

-39,839-39,838-39,837-39,836-39,835-39,834-39,833-39,832

14:30:43 14:40:43 14:50:43 15:00:43


Temperatura


31


Provrt H2/H1 Termometar TEPOT 16

Rezultati



Raspon a u

[mK] [mK] [mK]

-60 25 7 4 2

-40 25 5 3 1 Tablica 18: Stalnost temperature za kupku Isotech


Analizom rezultata vidljivo je kako radijalni i aksijalni gradijenti te stalnost kupke

podjednako doprinose ukupnoj mjernoj nesigurnosti.


Temperatura [°C] -60 -40

Nesigurnost zbog radijalnih gradijenata u (k=1), [mK]

1 3

Nesigurnost zbog aksijalnih gradijenata u (k=1), [mK]

2 1

Nesigurnost zbog stalnosti temperature u (k=1), [mK]

2 1

Ukupan doprinos nesigurnosti u (k=1), [mK]

3 3

Tablica 19: Ukupna mjerna nesigurnost za kupku Isotech


32

7. Zaključak

Ispitivanja termostatiranih kupki izvode se sa ciljem dobivanja točnog uvida u njihova

svojstva i ponašanje u zadanim uvjetima kako bi se u njima što pouzdanije moglo

izvoditi umjeravanje termometara.

Rezultati ovog ispitivanja pokazali su da su ispitane kupke ispravne i prikladne za

umjeravanje termometara u slučajevima kada se zahtjeva visoka točnost umjeravanja.

Važno je napomenuti kako iskustvo „iz prve ruke“ ima veliku važnost kod mjerenja u

laboratoriju te da niti jedan postupak umjeravanja ne može zamijeniti iskusnog laboranta.

Jednako tako ne postoji idealan sistem umjeravanja koji bi bio potpuno vremenski stalan

i bez temperaturnih gradijenata.

Na kraju treba napomenuti kako bi bilo jako korisno kada bi postojao međunarodno priznat

i standardiziran postupak. Kada bi to bio slučaj, svatko bi mogao očitati tražene podatke o

stalnosti i homogenosti kupke iz kataloga. To bi bilo od koristi kako za proizvođače, tako i za

potrošače mjerne opreme.


33

LITERATURA

[1] Nikola Radman, Ispitivanje karakteristika zona kontrolirane temperature, diplomski rad,

FSB, Zagreb 2010.

[2] Marin Mustać, Ispitivanje termostatirane vodene kupke za visokotemperaturni generator

vlažnosti, završni rad, FSB, Zagreb, 2014.

[3] Tomislav Veliki, Razvoj primarnog etalona temperature s novom metodom prenošenja

sljedljivosti, doktorski rad, FSB, Zagreb, 2011.

[4] Antun Jugović, Ispitivanje kupke za umjeravanje termometara, završni rad,FSB,

Zagreb, 2015.


34

PRILOZI

1. CD-R disc

zavrŠni radrepozitorij.fsb.hr/5064/1/krizmanić_2016_zavrsni_preddiplomski.pdf · izjavljujem da...

Documents